雷洪钧

湖北省城市客车工程技术研究中心

笔者提倡的“纯电动在线充公交车”开辟了纯电动车充电的新途径,有效的弥补了动力电池比能量低导致的车辆续驶里程不足,满足了公交公司一天200公里以上运营里程的要求,得到了许多公交用户的高度认可。2014年武汉市公交集团一次采购了12米的扬子江纯电动在线充公交车200台。已经上线路运营的纯电动公交车,其效果非常好,完全达到了公交公司对运营车辆的要求。

经过一年的时间推进,截止2015年8月 “纯电动在线充公交车” 已经上线运营的车辆有100台多台,但还有100台,由于供电(充电)设施改造(建设)滞后,没有落地。究起原因,借用无轨电车的现有的供电线网,用来给纯电动公交车充电的思路是对的,效果也是好的。但是原有的供电线路的容量是有限的,车辆增加,要对原有无轨电车的供电线网改造,实际上依然是困难重重。此文对这些困难进行解析,并提出解决思路和实例,供同行参考。

一、无轨电车整流站建设模式分析

无轨电车整流站其模式在中心点建整流站,对一定半径区域的无轨电车运营线路予以直流供电。实际运营线路是按1公里左右长度进行分段供电的。于是供电线路由2个部分,一是馈线(埋在地下),另一部分是触线(加载在天空)。这个中心整流站对外供电是多条馈线,分别对应多段触线。一条馈线接一段触线。上一段触线非接触性对接下一段触线,形成一个区域的供电网络。

这模式的基本特点,整流站的进线是10KVA的高压交流电源,多路直流(600伏)出线(馈线)。进线(10KVA的高压交流电)要得到供电公司许可,多路直流(600伏)出线(馈线)要得到第三方多个管理部门(规划部门、供电公司)的同意和批准。

纯电动在线充公交车如果配有车载直流充电机,借助现有无轨电车的供电触线来充电,一是可以节约大量资源和资金;二是纯电动公交车可实现在线充电;三是充电安全、便捷、自助。

无轨电车的供电线路已经存在的前提下,纯电动公交车借助现有无轨电车供电网络来充电是一个很好思路。但是电车供电网络设计,原来是为无轨电车供电用的,纯电动在线充公交车充电这里是借用。如果是用其技术原理,新建充电设施给纯电动在线充公交车充电,在工程上对其功能进行简化完全不要的,也是可行的。

二、专用纯电动在线充公交车充电站设计思路

无轨电车整流站设计思路是集中供电的,而专用纯电动在线充公交车充电站部局是是分布式的。这是两者的不同。具体不同还有:

1.分布式充电站比集中式供电站规模要小得多。集中式供电站规模一般要为100台以上车辆供电,分布式的充电站可以小到10台车辆以下。

2. 分布式充电站比集中式整流站外接电源的电压等级要低许多。分布式充电站的外接电源是交流380伏,集中式供电站外接电源是10KVA的高压。

3. 分布式充电站比集中式整流站的馈线和触线短很多。分布式充电站的馈线在30米以内,其触线厂段可少150米而集中式整流站的馈线和触线,是10公里为计算单位。

4、分布式充电站比集中式整流站成本低。建集中式无轨电车整流站一般在1200万以上,而1个10台车辆纯电动充站大约在30万左右。

   三、小型专用纯电动在线充电站设计案例

下面以10台12米纯电动公交车为充电对象,对充电站建设进行说明,如图1所示。

说明:①设备:1台整流升压器(进线389伏交流)、1台直流充电机(双枪、直流)、30米馈线(400mm2)

150米触线(85mm2)、5根线杆(长8m)、 10台车辆(电池总电压576伏、充电电流65A)。

②成本:(1个整流升压器+1台双枪直流充电机)12万元左右, 1跟电杆按1.1万元(含馈线+触线+电杆),5根计:5.5万元,施工费用12万, 合计:小于30万。

③不要专门的建筑,(1个整流升压器+1台双枪直流充电机)设备占地仅有1.1平方米,高不过1.6米,放在车间某一个角落里即可。

三、专用纯电动在线充公交车充电站优势

1)该充电系统机动灵活,可以安装在纯电电动公交车车线路的终点站,特别适合电动车的试验、调试、充电等用途。

2)该充电系统建设完全由公交公司由自己掌控,不用对外申报。

3)该充电系统建设成本低。该充电系统成本在30万以内,其他同规模的地面充电站费用在100万元以上。

   四、扬子江纯电动在线充充电站实例介绍

1)电控供电、充电系统组成

1台AC38-680300ZL型电控整流供电系统、1台DDD68-65040/2型大功率双路双枪充电机,外形如图2所示。

2)技术参数:

①ADC38-680300ZL型电控整流、供电柜系统

输入电压:AC380V±7%、输出电压:DC680V、输出电流:300A、最大功率:200KW、绝缘强度:AC2500V、控制电压:DC24V、效率:≥95%。

②DDD68-65040/2型地面大功率双路双枪充电机

输入电压:DC680V、 输出电压:DC650V、输出电流:2×40A、额定功率:2×25KW、绝缘强度:AC2500V、控制电压:DC24V、控制方式:PWM、效率:≥95%。

③电杆、馈线、触线规格:

④双重绝缘安全保护等级高:

采用干式变压器过载能力强,长期过载可达1.2倍、短时过载1.5倍。在该系统上装有电子断路器,当机器异常电流超过设定值,电子断路器会迅速动作断开主电路起到保护作用。电子检测、保护速度快(检测速度us级)、动作灵敏、保护效果好。

3)功能齐全

①有电能检测计量仪表可对直流电流、电压、电能进行检测计量。

②系统工作程序由算机控制、触摸屏显示、设置、方便、灵活、直观。

4)先进性

采用三相全波整流方式。比相控整流效率高、线网没有谐波无污染。滤波单元电容采用高压进口膜电容。滤波效果好体积小。在输入输出端都设计有电子断路器,其检测速度为NS级可以迅速保护过流、短路。

地面充电机系PWM高频控制工作方式。主功率器件全部采用进口件工作可靠效率高。电磁元件都采用的非晶材料效率高、发热小、结构紧凑。器件模块化便于维修。设计有欠压、过压、过流、短路、温度、防反等多重保护。

5)适用性

①占地小。设备占地仅有1.1平方米。

②能力大。电流达300A该线网可同时供10台在线充电动客车充电;地面充电机,可同时以40A的电流给两台电动客车同时充电。

(允许长时间过载1.2倍、短时过载1.5倍。

③设备轻。移动灵活。

五、发展纯电动公交车目前的困惑有及解决办法

1)比能量低导致续驶里程短,客车厂主要采取的办法是,车结构的轻量化。目前有一定成果,有的大客车可以减重1.5t,但是对提高持续里程的贡献不明显。

2)选用能快充的电池(如钛酸锂),可少装电池但是导致续驶里程更短。但是快充电池对充电设施建设加大了更高的要求。不仅占地面积较大,而且安全等级高。,要建合规的充电站,总的投资不会小于1200万元以上。实际上往往要用地面双枪来充电,费时、费力。

3)10米以上纯电动公交车借助原有无轨电车的供电线网充电效果较好。但是触线对10米以下的公交车充电不适宜,要适宜更多的车型,必须对现有供电线网进行改装,但是改装要经过规划、供电公司等部门的批准,同样是困难重重。如果在城区新建类似的供电线网,在地方政府高层基本上通不过。

六、基于交流380伏的在线充电站接地气

1)该充电站的建设有公交公司自己掌控,可以配直流充、交流充、触线充多种接口,可以同时充,可以分开充。

2)纯电动公交在线充公交车实际上配有2-3个不同充电接口,接纳慢充、快充、触线充,即根据实际事情,有公交公司自己调节。

3)该充电站是模块化的,可以小到为1台车充电,也可以为10台车辆充电。如果车辆参加了,可以方便有用户提出,一次性、分步的扩大模块都行。